universidade federal fluminense instituto de geociências

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOFÍSICA E GEOLOGIA MARINHA – LAGEMAR
CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOFÍSICA
IMAGEAMENTO ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE SONAR DE VARREDURA
LATERAL EM REGIÕES DE BOTA-FORA NA BAÍA DE GUANABARA
Fillipi Brandão Lagedo
Niterói – RJ,
Dezembro de 2014
IMAGEAMENTO ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE SONAR DE VARREDURA
LATERAL EM REGIÕES DE BOTA-FORA NA BAÍA DE GUANABARA
Trabalho de conclusão de curso
submetido
ao
programa
de
graduação
em
Geofísica
da
Universidade Federal Fluminense,
como
requisito
parcial
para
a
obtenção do título de bacharel em
Geofísica.
Orientador: Prof. Dr. José Antônio Baptista Neto
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOFÍSICA E GEOLOGIA MARINHA – LAGEMAR
CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOFÍSICA
Fillipi Brandão Lagedo
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dsc. José Antonio Baptista Neto
Prof. Dsc. Cleverson Guizan Silva
Dsc. Estefan M. da Fonseca
Prof. Dsc. Gilberto T. M. Dias
Niterói – RJ,
Dezembro de 2014
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente à Deus, por me ter dado todas as possibilidades, além
dessa, de estar realizando este trabalho junto à faculdade.
Aos meus pais, Leila Baptista Brandão e Julio César Aquino Lagedo, namorada,
Juliana Xavier de Lima Martins, irmão Julio César Junior, amigos e familiares, que
com muito carinho e apoio não mediram esforços para que eu chegasse até esta
etapa de minha vida.
Ao professor José Antônio, pela paciência na orientação e incentivo que tornaram
possível a conclusão deste trabalho final. Aos professores Gilberto Dias, Cleverson
Silva e Estefan Monteiro, pelas críticas e direcionamentos para que houvesse
melhor qualidade no trabalho.
A todos os professores, amigos e colegas do curso de Geofísca, que foram
fundamentais na minha vida acadêmica e desenvolvimento desta monografia.
RESUMO
As áreas costeiras, particularmente ambientes como: baías, lagunas, rios e
estuários, estão sujeitas à instalação de grandes centros urbanos. Suas
características de alta produtividade e de abrigo favorecerem a ocupação do seu
entorno. Estes ambientes são ou serão responsáveis pelo desenvolvimento
econômico e social do país em que se localizam, através do aproveitamento de seu
potencial pesqueiro, construções de portos e assentamentos urbano e industrial em
suas margens. De uma maneira geral, esse processo sócio-econômico não é
acompanhado de um planejamento adequado, gerando assim grandes modificações
nas características naturais do meio ambiente.Durante as últimas décadas, a Baía
de Guanabara experimentou os efeitos causados pelo crescimento de grandes
centros urbanos em seu entorno sem um planejamento adequado. Um dos grandes
problemas atuais é o aumento nas taxas de sedimentação, que afetam a
sedimentação das áreas portuárias. O que tem levado a intensificação das
dragagens da baía. A área de bota-fora esta causando intenso impacto na zona
costeira. O objetivo deste trabalho foi o de delimitar através de side-scan sonar a
zona de bota-fora e caracterizar os impactos ambientais resultantes.O Sonar de
Varredura Lateral (Side Scan Sonar) é um equipamento utilizado para obtenção de
imagens de regiões submersas, podendo ser empregado para a localização de
estruturas naturais (estruturas geológicas, formações sedimentares, canais,
identificação do
tipo de fundo, etc) e artificiais (barcos naufragados, canais
resultante de dragagens, depósitos resultantes de despejos de dragagens,
estruturas portuárias submersas, enrocamentos, etc.). À partir dos resultados obtidos
no trabalho, foi possível observar que a realização de descarte de material dragado
pode causar a transformação do fundo marinho, tanto com relação à cobertura
sedimentar e sua composição, quanto modificações no relevo submarino.
Palavras Chave: Dragagem, Baía de Guanabara, sedimentação, bota-fora,
impactos ambientais, sonar de varredura lateral, fundo marinho, relevo submarino.
I
ABSTRACT
The coast areas, particularly environments like: bays, lagoons, rivers and estuaries,
are subject to the installation of great urbane centers. The characteristics of high
productivity and shelter favor the occupation of its surrounding area. These
environment are or they will be responsible for the economical and social
development of the country in which there are located, trough the urbane and
industrial use of his fishing potential, constructions of ports and registrations in its
edges. In general, this social-economic process is not followed by a proper planning,
generating large changes in the natural characteristics of the environment. During the
last decades, the Guanabara bay experienced the effects caused by a large growth
of the urbane centers around it without a proper planning. One of the big actual
problems is the raise in sedimentary taxes, which affects the sedimentation of the
portuary zones, which has led to intensification of dredging in the bay. The disposal
area is causing intense impact on the coastal zone. The objective of this work is to
delineate the disposal zone trough side scan sonar application and characterize the
environmental impacts. The side scan sonar is a device used to obtain images of
submerged regions and can be used for localization of natural structures (geological
structures, sedimentary formations, channels, identifying the type of background,
etc.) and artificial (shipwrecks, resulting from dredging channels, deposits resulting
from dumping of dredging, submerged offshore structures, embankments, etc.). From
the results obtained in the study , it was observed that the performance of dredged
material disposal can cause the transformation of the seabed , both regarding the
sedimentary cover and composition , as changes in the submarine relief.
Keywords: Dredging, Guanabara bay, sedimentary taxes, disposal zone, submarine
relief, side scan sonar, environmental impacts, seabed.
II
ÍNDICIE DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Localização da Baía de Guanabara ................................................................. pág. 3
Figura 2 - Presença de Recifes de Ostras no rio Great Wicomico, Virginia, US ...................pág. 5
Figura 3 - As áreas de despejo de material dragado..........................................................pág. 6
Figura 4 - Ambientes de influência direta de fluxos sedimentares na área de estudo e suas
respectivas
distâncias
da
região
C
de
despejo.
Fonte:
Google
Earth
................................................................................................................................ pág. 7
Figura 5 - Carta sedimentológica da plataforma e talude entre RJ e ES. Fonte: Modificado de Dias,
2001 ................................................................................................................................pág.
8
Figura 6 - Mosaico de Fotografias do Canal do Fundão e foz do Canal do Cunha.
Fonte:http://limpezariomeriti.blogspot.com.br
ehttp://sosriosdobrasil.blogspot.com
........................................................................................................................................ pág.
9
Figura 7 - Caracterização das condições ambientais e hidrológicas da Baía de Guanabara
(Modificado de Mayr et al. 1989) ......................................................................................
pág. 10
Figura 8 - Disposição e dispersão do sedimento conforme os tipos de descarte utilizados
...........................................................................................................................
pág. 12
Figura 9 - Processos de dispersão sedimentar e deposição durante uma atividade de
despejo.......................................................................................................................... pág.
13
Figura 10 - Resultados de levantamentos batimétricos referentes a àrea de descarte C. Fonte:
Tese de doutorado: Abordagem Multimetodológica sobre o despejo de sedimentos de dragagem em
área de descarte oceânico - plataforma adjacente à Baía de Guanabara, Thiago Gonçalves Pereira,
2013........................................................................................................................................... pág.
14
Figura
um
11
-
Ilustração
do
mecanismo
de
funcionamento
dos
feixes
de
SVL............................................................................................................................... pág.
Figura
12
–
Esquema
de
formação
de
15
sombras
acústicas.........................................................................................................................pág.
16
III
ÍNDICIE DE ILUSTRAÇÕES
Tabela 1 - Relação entre varredura de uma área x frequência e comprimento de onda. Fonte: FISH
e CARR, 1990................................................................................................................ pág.
17
Figura 13 - Exemplo de imagem gerada por sondagem com um sidescan sonar. Fonte: Bastos et
al.;Buracas:Novel and unusual sinkhole-like features in the Abrolhos
Bank...........................................................................................................................................
pág. 18
Figura 14 - Exemplo de imagem gerada por sonar de varredura lateral para investigação de
destroços de embarcações. Fonte: http://pbrasil.wordpress.com/,
ORPHEU................................................................................................................................... pág.
18
Figura 15 – “Tow-Fish” Modelo 272 –TD da
EdgeTech.................................................................................................................................. pág.
19
Figura 16 - Localização das linhas de navegação do levantamento sonográfico e dos centros das
áreas de despejo....................................................................................................................... pág.
20
Figura 17 - Mosaico de imagens dos perfis de levantamentos com o uso do sonar de varredura
lateral.
Fonte:
Modificado
de
tese
de
doutorado:
Thiago
Gonçalves
Pereira....................................................................................................................................... pág.
21
Figura 18 - Imagem sonográfica da linha 28 com identificação das feições arenosas no assoalho
oceânico.................................................................................................................................... pág.
22
Figura 19 - Imagem sonográfica da linha 20 com ênfase na acumulação de material
lamoso....................................................................................................................................... pág.
Figura
20
-
Amostra
de
material
lamoso
proveniente
do
interior
da
23
Baía
................................................................................................................................................... pág.
24
IV
Figura 21 - Embarcações realizando o despejo do material dragado do interior da Baía diretamente
no ponto de estudo C ............................................................................................................... pág.
24
Figura 22 - Imagem sonográfica da linha 23 detalhada indicando a presença de anéis de
perturbação do fundo marinho .................................................................................................. pág.
25
V
SUMÁRIO
RESUMO
I
ABSTRACT
II
ÍNDICE DE ILUSTRAÇÕES
III, IV
INTRODUÇÃO
PÁG. 1
OBJETIVOS
PÁG. 4
CONTEXTUALIZAÇÃO DO PROBLEMA
PÁG. 4
ÁREA DE ESTUDO
PÁG. 6
GEOMORFOLOGIA REGIONAL
PÁG. 6
HIDRODINÂMICA REGIONAL
PÁG. 8
COMPORTAMENTO DOS DEPÓSITOS DE MATERIAL DRAGADO
PÁG. 11
DADOS BATIMÉTRICOS
PÁG. 13
LEVANTAMENTO COM SONAR DE VARREDURA LATERAL
PÁG. 15
METODOLOGIA
PÁG. 19
RESULTADOS
PÁG. 20
CONCLUSÃO
PÁG. 25
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
PÁG. 27
INTRODUÇÃO
A
dragagem
é
um
método
comumente
utilizado
para
desassoreamento,
desobstrução, remoção, ou escavação de material de fundo de rios, lagoas, mares
baías e canais de acesso a portos. Seu principal objetivo é realizar uma manutenção
ou aumentar a profundidade. Dessa forma, a ação de dragagem se qualifica no
gerenciamento de reservas aquáticas (SUZZANE, 2009).
Este método é utilizado essencialmente como ferramenta fundamental para o
saneamento de corpos d’água com sedimentos contaminados, bem como para a
recuperação da capacidade de escoamento de cursos d’água em estágio avançado
de assoreamento, dentre outras ações de remediação ambiental (PEREIRA, 2013).
Historicamente, os portos têm ocupado os centros econômicos e urbanos das
nações litorâneas. Em virtude das atividades portuárias, com o passar do tempo,
foram notadas modificações drásticas nessas regiões, devido ao intenso fluxo de
embarcações e obras realizadas para o densenvolvimento econômico (PORTO E
TEIXEIRA, 2002). Atualmente, muitos complexos portuários apresentam trabalhos
ambientais (WOOLDRIDGE, 1999) devido ao expressivo potencial para impactos
ambientais na costa, no oceano e na atmosfera.
Com o objetivo de atender às exigências do mercado, grande parte dos portos teve
que ampliar não somente a profundidade como também a largura de seus canais de
acesso, de forma que navios de diferentes portes pudessem trafegar nas regiões e
realizar o embarque e desembarque (PEREIRA, 2013).
Devido a implicações diretamente relacionadas ao meio ambiente, a dragagem é um
processo que deve ser regulamentado. Em uma escala global, a Convenção de
Londres, em 1972 (CL-1972), identificou que diversas porções marítimas estavam se
tornando severamente degradadas, e parte dessa degradação se dava pela
disposição não regulamentada de material dragado. Por esse motivo foram
estabelecidas linhas de gerenciamento global. Num total de 72 nações, dentre elas o
Brasil, são signatárias da CL-1972.
Os conflitos que derivam da realização da dragagem relacionam-se com o nível de
contaminação dos sedimentos dragados, e consequentemente com o local
1
selecionado para o despejo, o que pode acarretar danos à biota aquática refletindo
sobre a qualidade de vida de organismos regionais (THEODORO, 2005).
A Baía de Guanabara tem uma área de aproximadamente 400km² e comporta cerca
de 3 bilhões de m³ de água. É um exemplo de ambiente costeiro misto, interface
marinho-continental, em acelerado processo de degradação, motivado pela
combinação de fatores naturais e antrópicos. Situada no estado do Rio de Janeiro
entre as latitudes de 22°40' e 23°00' Sul e longitude 43°00' e 43°20' Oeste, é uma
das baías mais proeminentes do litoral brasileiro, margeando as regiões
metropolitanas das cidades do Rio de Janeiro, Niterói, São Gonçalo, Magé, entre
outras (KJERFVEet al. 1997).
Segundo a classificação proposta por Perillo (1995), a Baía de Guanabra pode ser
classificada como um estuário de planície costeira (QUARESMA, 1997). O sistema
da Baía de Guanabra e bacia de drenagem associada está inserido no rifte da
Guanabara (FERRARI, 1990) que faz parte do conjunto de depressões Terciárias da
costa sudeste brasileira, e tem sua configuração atual ligada às variações do nível
do mar, no Holoceno, que condicionaram o afogamento de um antigo vale fluvial
Pleistocênico (AMADOR, 1992).
2
Figura 1. Localização da Baía de Guanabara. Fonte: Modificado de Baptista Neto, 2002.
No decorrer das últimas décadas, os processos de urbanização e industrialização
desequilibrados ao redor da Baía de Guanabara conduziram suas regiões vizinhas a
uma erosão intensa, e consequentemente a um maior aporte de sedimentos para
áreas marinhas. Este aumento na descarga sedimentar vem provocando elevadas
taxas de assoreamentoe afetando a qualidade ambiental desse estuário, visto que,
além dos sedimentos, diversos poluentes industriais e domésticos são despejados
na baía diariamente (AMADOR, 1980; REBELLOet al., 1986; VANDENBERG
eREBELLO, 1986; BAPTISTA NETOet al., 2006).
Devido a aceleração da economia nacional, a demanda portuária vem aumentando
intensamente, o que se reverte numa drástica elevação de volume de sedimentos
dragados no interior da Baía de Guanabara. Esse material dragado é depositado em
áreas localizadas na plataforma continental interna, adjacente à baía.
3
OBJETIVOS
O objetivo primário deste trabalho é caracterizar a transformação da sedimentação
de fundo marinho nas regiões de despejo de material dragado, situadas na
plataforma continental rasa, adjacente à Baía de Guanabara, através da
caracterização da resposta do sonar (efeito backscatter). Esta caracterização será
realizada através da utilização de métodos geofísicos, no caso um Sonar de
Varredura Lateral (SVL).
CONTEXTUALIZAÇÃO DO PROBLEMA
Mesmo não estando altamente contaminados, muitos materiais dragados estão
sujeitos a alguma contaminação (MURRAY 1994b). Uma variedade de substâncias
tóxicas, incluindo metais pesados, óleo, TBT (bio ácido), PCBs (substâncias
insolúveis na água) e pesticidas, podem ser “trapeados” no assoalho oceânico,
através dos sedimentos, em regiões portuárias. Estes contaminantes podem ser de
origem histórica ou de fontes distantes.
Os processos de dragagem e de disposição do material podem liberar esses
contaminantes na coluna d’água, fazendo com que estes estejam dispostos no
ambiente e consumidos por animais e plantas, o que pode acarretar a contaminação
desses organismos. Esse fato desencadeia um ciclo que se transfere para a cadeia
alimentar do meio em que ocorre a disposição sedimentar deste material
contaminado.
Um ótimo exemplo a ser citado para que se haja um entendimento da consequência
da suspensão e contaminação de sedimentos em certos ambientes é o evento
ocorrido na costa leste dos Estados Unidos, em regiões com alta concentração de
recifes de ostras. Elessão conhecidos por sua capacidade de gerar harmonia ao
ambiente em que se inserem. Os recifes de ostras têm a capacidade de prover
habitat para outros organismos e larvas para que se desenvolvam novos recifes,
assim como atuam com a capacidade de filtragem de impurezas contidas em
sedimentos.
4
Segundo Dara Wilber & Douglas Clarke (2010), algumas comunidades de recifes de
ostras da costa leste dos Estados Unidos, contidas em baías e rios, desde o leste da
Virginia até a Carolina do Sul, vêm sendo degradas devido à alta taxa de
sedimentação nos locais. Eventos como variação de fluxos hidrodinâmicos podem
acarretar alto fluxo sedimentar, contudo, a disposição excessiva e mal planejada de
material dragado também pode contribuir para tal desequilíbrio. O sedimento
suspenso sob os recifes causam o soterramento, o que impossibilidade que os
mesmos sirvam de habitat para o desenvolvimento de larvas e consequentemente
novos recifes de ostras, assim como esse excesso sedimentar contribui para a
diminuição de dissolução de oxigênio na água, afetando diretamente os recifes.
Figura 2. Presença de Recifes de Ostras no rio Great Wicomico, Virginia, US, com pouca
sedimentação em alto relevo (esquerda) e sedimentação substancial em baixo relevo (direita). Fonte:
Schulte et al 2009.
5
ÁREA DE ESTUDO
O local a ser estudado encontra-se na plataforma continental rasa, ao longo do litoral
entre as praias do Leblon e Itaipuaçu, incluindo a baía e o entorno das ilhas
adjacentes, onde se situam as regiões de despejo de material dragado.
Figura 3. As áreas de despejo de material dragado.
GEOMORFOLOGIA REGIONAL
Dentre as feições ao entorno da região de descarte de material dragado, destacamse as praias litorâneas e ilhas da cidade do Rio de Janeiro e do município Niterói,
que formam uma diversidade paisagística, e situam-se relativamente próximas da
região em estudo.
Segundo Muehe e Valentinni (1998) essa zona costeira adjacente está sob o
domínio do macrocompartimento de Cordões Litorâneos, que compreende o litoral
entre a ilha de Marambaia e o Cabo Frio.Esta faixa litorânea é marcada
principalmente pela presença de cordões litorâneos orientados para direção sul, que
6
foram formados nas ultimas transgressões marinhas quaternárias. Outro fator
importante é a ausência de descargas fluviais na linha de costa ao longo deste
compartimento, sugerindo que a maior parte dos sedimentos continentais seja
depositada no interior das lagunas e baia.
Os cordões litorâneos mais próximos às áreas de despejo são as praias de
Piratininga, Camboinhas, Itaipu e Itacoatiara e formam uma sequência de arcos de
praias com orientação aproximada de NO-SE. Segundo estudos elaborados para
uma dragagem de adequação de terminais aquaviários localizados no interior da
Bacia de Guanabara (PETROBRÁS, 2010), essas praias estão diretamente
relacionadas à influência na sedimentação da área de despejo de material dragado
estudada neste trabalho.
Figura 4. Ambientes de influência direta de fluxos sedimentares na área de estudo e suas respectivas
distâncias da região C de despejo. Fonte: Google Earth.
Eventos de alta energia atuam com freqüência nos arcos de praias citados
anteriormente, gerando ondas de tempestades (swell) de direção SW e SE de até 4
metros, formadas durante a migração de frentes frias. A morfodinâmica local
apresenta alto grau de variabilidade no estoque sedimentar, que é submetida a
condições oceanográficas mais severas, como por exemplo, episódios de ressacas.
A granulometria dos arcos de praia varia entre areias médias a muito grossas,
enfatizando a tendência de praias refletivas, com elevado gradiente da face de praia
(PEREIRA, 2013).
7
Dias (2001) elaborou uma carta sedimentológica da cobertura sedimentar superficial
da plataforma e talude continental da região costeira adjacente à Baía de Guanabara
(Figura 4). Segundo os dados obtidos, as áreas de despejo englobam três tipos
sedimentares: areias finas, lamas e areias quartzosa e areia quartzosa média.
Figura 5. Carta sedimentológica da plataforma e talude entre RJ e ES. Fonte: Modificado de Dias,
2001.
HIDRODINÂMICA REGIONAL
Quanto aos aspectos hidrológicos da região: a Baía de Guanabara possui 4081 km²,
abrigando cerca de 25 bacias e sub-bacias, cujos cursos d’água principais
transportam a maior parte da sedimentação e poluição gerada pelos centros
urbanos. Com um total de 91 rios e canais, todo o sistema estuarino contribui com a
drenagem da Baía de Guanabara, que possui um corpo hídrico de 346 km² incluindo
59 km² de ilhas (BAPTISTA NETO et. al., 2006). O fluxo médio de água doce da
bacia para a baía é de cerca de 100 m³/s (KJERFVE et. al., 1997).
8
Os sedimentos que chegam a região portuária do Rio de Janeiro provém
principalmente de canais de drenagem da Baía de Guanabara. A rede de drenagem
do entorno da região onde ocorreram as dragagens não preserva traços das
condições naturais em seu médio e baixo curso, e não possui um rio principal para a
coleta de suas águas. Assim uma série de canais urbanizados interligados e com
grande volume de resíduos domésticos realiza a drenagem (PEREIRA, 2013).Os
canais do Fundão, do Cunha e do Mangue, situam-se mais próximo ao Porto, logo
têm maior influência na descarga sedimentar.
Figura 6. Mosaico de Fotografias do Canal do Fundão e foz do Canal do Cunha. Fonte:
http://limpezariomeriti.blogspot.com.br e http://sosriosdobrasil.blogspot.com.br.
Mayer et al. (1989) propôs uma divisão da Baía de Guanabara em 5 regiões de
circulação estuaria, descrevendo características hidrológicas para cada setor,
observados na figura 6.
9
Figura 7. Caracterização das condições ambientais e hidrológicas da Baía de Guanabara (Modificado
de Mayr et al. 1989).
A região 1 foi definida pelo canal principal de circulação, aonde se encontram as
melhores condições ambientais devido à maior circulação da água do mar. Já a
região 2 está sujeita a intensa poluição vindo das cidades de Niterói à leste e Rio de
Janeiro à oeste, com centros urbanos desenvolvidos. Na região 3 são recebidos
lançamentos de esgotos domésticos e industriais, e poluição por óleo oriunda de
portos e estaleiros locais, sendo assim caracterizada por elevado grau de
deterioração ambiental. A região 4 é influenciada pela desembocadura de rios
menos poluídos, oriundos de reservas ambientais. Porém, na região 5 identifica-se
um alto grau de poluição, que é consequência da presença de aterros, o que torna a
circulação hidrodinâmica deficiente.
De uma forma geral, não há variação substancial na direção das correntes. Podem
ser
observadas
sensíveis
diferenças
nas
intensidades
nos
períodos
de
sizígiaquadratura, assim como nas estações chuvosas e secas (KJERFVE et al.,
1997). A circulação das massas d’água é governada pelas marés e ventos e são
diretamente influenciadas pelos fluxos dos rios contribuintes.
10
COMPORTAMENTO DOS DEPÓSITOS DE MATERIAL DRAGADO
Ao ser despejado na área de destino, o material dragado apresenta formas de
disposição na coluna d’água e no fundo marinho. Bokuniewicz e Gordon (1980)
inferiram taxas relativamente baixas entre 1 e 5% de dispersão em relação ao total
de carga despejada, concluindo que as correntes de marés teriam maior influência
no transporte de sedimentos, seguidos pelos eventos de tempestade.
A estimativa de dispersão do sedimento despejado depende do sítio aonde ocorre o
descarte, do tipo de material que foi dragado da área fonte e dos métodos de
dragagem/descarte realizados (PEREIRA, 2013).
A variação sedimentar é composta basicamente pela granulometria e grau de
coesão do sedimento. Em ambientes estuarinos as frações argilosas e orgânicas
são as mais presentes, mesmo assim parte do material pode conter areia grossa e
fina e cascalhos (CASTIGLIA, 2006). No cenário urbano encontra-se argila, matéria
orgânica, rochas e materiais comumente descartados nas áreas urbanas (madeiras,
plásticos e metais). Essa variação de composição granulométrica faz com que hajam
diferentes tipos de deposição, ao se despejar o material. Quanto maior o nível de
coesão do material, no caso material siltoso e argiloso, ocorre maior acumulo vertical
e diminuição de extensão radial da área disposta, e quando o sedimento não é tão
coeso, como cascalhos e areias mais grossas, há a tendência de maior
espalhamento, e a deposição se dá em forma de chuva dos grãos (PEREIRA, 2013).
Os métodos utilizados na dragagem/descarte afetam diretamente na deposição do
material (Figura 8) principalmente pelo nível de perturbação sofrida pelo material no
momento de sua retirada do local original, também influenciam o meio em que esse
material é transportado e a quantidade de água introduzida e misturado ao
sedimento no processo de dragagem (PEREIRA, 2013). Como exemplos usuais,
tem-se o material produzido por dragas hidráulicas, que utilizam grandes
quantidades de água misturadas aos sedimentos, assim gerando um material menos
denso e pastoso, e os sedimentos dragados mecanicamente, que mantém os
aglomerados originários da remoção (POINDEXTER-ROLLINGS, 1990). No primeiro
caso há a tendência de espalhamento dos depósitos numa maior área, e maior
11
facilidade de dispersão na coluna d’água, enquanto o despejo de material dragado
mecanicamente forma montes mais íngremes com maior resistência à erosão.
Figura 8. Disposição e dispersão do sedimento conforme os tipos de descarte utilizados.
(Modificado por Goes Filho, 2004)
McAnally e Adamec (1987) admitiram que o comportamento do material descartado
pode ser dividido em três fases: descida convectiva – no qual a nuvem de descarga
cai através da coluna d’água sob a influência da gravidade; colapso dinâmico – onde
ocorre os impactos no leito marinho gerando ressuspensão em forma de nuvem na
parte inferior da coluna de água; e por fim, a dispersão passiva a longo prazo –
quando se encerra a dinâmica da operação de despejo e começa o transporte de
material, determinado pelas correntes marinhas adjacentes ao fundo marinho
(Figura 9).
12
Figura 9. Processos de dispersão sedimentar e deposição durante uma atividade de despejo.
(Modificado de Poindexter-Rollings, 1990).
DADOS BATIMÉTRICOS
Os levantamentos geofísicos levaram a resultados essenciais para o entendimento
dos processos dinâmicos e evolutivos dos depósitos formados por despejo de
material dragado. Foram obtidos dados batimétricos durante e após o período de
descarte de material dragado na área C, possibilitando assim inferir conclusões
sobre a morfologia submarina da área e seu comportamento.
Após o início do processo de dragagem, com descarte de material na área C, foram
realizados três levantamentos batimétricos. A primeira campanha, realizada pelo
consórcio de empresas de apoio à fiscalização das obras, aconteceu após nove
meses de dragagem, e observou-se nitidamente a existência da formação de uma
elevação na porção central da área C, com morrotes adjacentes de altas cotas
(cerca de -32m de profundidade) (PEREIRA, 2013).
Já o segundo levantamento batimétrico, também realizado pelo consórcio, ocorreu
em dezembro de 2011, um mês após o término da dragagem, e identificou a
presença de pontos altos com cotas de -30m de profundidade, assim como camadas
de sedimentos depositadas no leito oceânico com espessura variando entre 3 a 4 m,
13
e também um relevo submarino com gradiente de 1:169 m de inclinação para a
extremidade sul da área de deposição (PEREIRA, 2013).
O terceiro e último levantamento, realizado com fins de pesquisa e acadêmicos,
mostrou uma leve perda de volume de material depositado nas áreas radiais ao
centro, onde não houve consistência na deposição, também destacando pontos
mais altos de aproximadamente -30m de profundidade próximo ao centro e
gradiente de declividade de 1:171 m entre o ponto mais alto e o limite sul do
depósito (PEREIRA, 2013).
Figura 10. Resultados de levantamentos batimétricos referentes a àrea de descarte C. Fonte: Tese de
doutorado: Abordagem Multimetodológica sobre o despejo de sedimentos de dragagem em área de
descarte oceânico - plataforma adjacente à Baía de Guanabara, Thiago Gonçalves Pereira, 2013.
14
LEVANTAMENTO COM SVL
Fundamentos
Um sonar de varredura lateral desempenha a função de um sistema acústico
utilizado para o imageamento do fundo marinho. Em seu produto, é gerada uma
imagem que se assemelha a uma fotografia do fundo marinho, aonde as tonalidades
observadas nessa imagem se correlacionam aos diferentes tipos de sedimento
(conforme suas granulometria, mineralogia, adensamento, etc.) e estruturas, como
rochas maciças ou objetos (FLOOD, 1980).
A técnica se resume na transmissão de um sinal acústico onde o som é transmitido
lateralmente para a água por um transdutor rebocado por uma embarcação. O pulso
sonográfico ou frente de onda sonora incide para os dois lados num eixo transversal
ao de navegação em vez de apenas em linha reta para baixo. O sinal acústico,
transmitido pelo sistema é propagado com ângulo de espalhamento aproximado de
30º e reflete na interface entre água e o sedimento, provocando a absorção, reflexão
ou dispersão ao interagir com o fundo marinho (sedimentos e estruturas) (BLONDEL
eMURTON, 1997), e, ao retornar ao transdutor, o sinal é transformado em pulso
elétrico e registrado no software do sistema.
Figura 11. Ilustração do mecanismo de funcionamento dos feixes de um SVL. Fonte: MAZEL, 1985.
15
A inclinação da superfície de fundo é um fator que majoritariamente controla a
intensidade do sinal acústico de retorno, ou seja, um sinal mais forte será recebido
para a parte em que a superfície do fundo está com sua direção voltada para o
instrumento. Há a possibilidade de formação de sombras acústicas em estruturas
elevadas, em formas que se destacam da superfície do fundo, como uma topografia
irregular,
formando
imagens
escuras
para
onde
a
sombra
está
projetada(QUARESMA, 2009).
Figura 12. Esquema de formação de sombras acústicas. Fonte:
www.punaridge.org/doc/factoids/digitaldata/default.htm.
De uma forma usual, quanto mais grossos for o sedimento a interagir com a onda
acústica, maior será a quantidade de energia refletida. De tal maneira, uma areia
grossa refletirá aos energia do que um sedimento composto por partículas finas. Isto
ocorre devido a maior irregularidade e maior área de incidência causadas por grãos
maiores, o que permite a maior refletância em um maior espalhamento de energia
do sinal acústico (AYRES e AGUIAR, 1993).
O sinal acústico emitido possui frequências altas (de 100 kHz à 500 kHz), o que
permite o imageamento do fundo marinho (SOUZA, 2006). A frequência é designada
pelo ciclo, em que um comprimento de onda (distância entre as ondas, num mesmo
ponto de cada onda), se repete num período de 1 segundo. Tanto o comprimento de
16
onda quanto a frequência são importantes grandezas físicas para o entendimento de
um sonar de varredura lateral.
Portanto, para se realizar o imageamento através do sonar, é preciso apenas
especificar umas dessas grandezas para que a outra seja determinada. Logo, sinais
acústicos de alta frequência são fortemente atenuados pela água do mar, devido ao
seu pequeno comprimento de onda, e, já os sinais de baixa frequência, são
reduzidos a uma taxa menor. Na tabela 1 pode-se observar a efetividade de um sinal
acústico de acordo com sua frequência e comprimento de onda.
Tabela 1. Relação entre varredura de uma área x frequência e comprimento de onda. Fonte: FISH e
CARR, 1990.
O sonar de varredura lateral é composto por dois transdutores que desempenham
as funções de emissão e recepção do sinal acústico e estão localizados nas laterais
do equipamento.
Suas principais aplicações são: o mapeamento da geologia do fundo do mar, a
distribuição superficial dos sedimentos depositados nele, a identificação de
obstáculos (naufrágios, dutos submarinos, detritos, etc.), a arqueologia submarina e
a determinação de áreas móveis na superfície do assoalho marinho (sand-waves).
17
Figura 13. Exemplo de imagem gerada por sondagem com um sidescan sonar. Fonte: Bastos et al.
;Buracas:Novel and unusual sinkhole-like features in the Abrolhos Bank.
Figura 14. Exemplo de imagem gerada por sonar de varredura lateral para investigação de destroços
de embarcações. Fonte: http://pbrasil.wordpress.com/, ORPHEU.
18
METODOLOGIA
O equipamento a ser utilizado no trabalho será um peixe de modelo 272 – TD Side
Scan Sonar, do fabricante EdgeTech (figura 9). O sonar opera em frequência dual,
sendo controlada, e podendo variar da frequência padrão de 100 kHz à frequência
máxima de 500 kHz. O peixe é rebocado pela embarcação enquanto realiza a
emissão e recepção do sinal acústico, podendo situar-se em profundidade rasa e
média.
Figura 15. “Tow-fish” modelo 272 – TD da EdgeTech.
A varredura inicial prevista para o levantamento será feita no range de 150m, com
espaçamentos de 270m entre as linhas de varredura do sonar, para que haja
recobrimento com espaçamento de 30m entre as imagens obtidas. A navegação
será controlada pelo programa Hypack e sistema DGPS.
19
Figura 16. Localização das linhas de navegação do levantamento sonográfico e dos centros das
áreas de despejo.
RESULTADOS
A utilização do sonar de varredura lateral teve como objetivo realizar uma
identificação primária do depósito de material dragado sob a superfície marinha, e
conseqüentemente a análise dos efeitos causados pelo mesmo no ambiente
presente. Pode-se observar na figura 16 o conjunto total de linhas sonográficas
obtidas no ponto C.
20
Figura 17. Mosaico de imagens dos perfis de levantamentos com o uso do sonar de varredura lateral.
Fonte: Modificado de tese de doutorado: Abordagem Multimetodológica sobre o despejo de
sedimentos de dragagem em área de descarte oceânico - plataforma adjacente à Baía de
Guanabara, Thiago Gonçalves Pereira, 2013.
Observa-se que quanto mais ao centro da região de despejo, maior é a
concentração de pontos de maior refletividade, que são representados por cores
mais escuras. Essas reflexões escuras indicam a presença de material lamoso, já os
tons cinza mais claro representam areias.
Fora do círculo delimitador da área C nota-se com nitidez o preenchimento da
superfície do assoalho marinho por sedimentos arenosos, que são de característica
natural da região de estudo, caracterizados pela representação de tons de cinza
21
mais claros. É importante ressaltar também a não perturbação na organização dos
sedimentos na região apontada (figura 17).
Figura 18. Imagem sonográfica da linha 28 com identificação das feições arenosas no assoalho
oceânico.
Realizando uma comparação entre a sedimentação prevista pela carta de
sedimentos marinhos superficiais (DIAS, 2001) da figura 5, com as imagens do
levantamento sonográfico presentes no ponto C, constata-se que a lama acumulada
22
no centro do ponto C provém de despejos de material dragado de dentro da baía de
Guanabara (figura 18), onde há predominância de sedimentos deste tipo. Nas
Figuras 19 e 20 observa-se em detalhe o material tipicamente lamoso dragado na
área do interior da Baía e o seu posterior descarte no ponto C, respectivamente.
Figura 19. Imagem sonográfica da linha 20 com ênfase na acumulação de material lamoso.
23
Figura 20. Amostra de material lamoso proveniente do interior da Baía.
Figura 21. Embarcações realizando o despejo do material dragado do interior da Baía diretamente no
ponto de estudo C.
Também é evidente a presença de registros dos impactos causados pelo material
despejado em forma de anéis de colapso, devido à alta resistência do material ao
entrar em contato com a cobertura sedimentar da superfície marinha (figura 19).
24
Figura 22. Imagem sonográfica da linha 23 detalhada indicando a presença de anéis de perturbação
do fundo marinho.
CONCLUSÃO
À partir da análise das imagens do levantamento com sidescan sonar no ponto C
proposta, foram observadas as feições previstas. Concentrações de lamas com
maior acentuação na região central, anéis de colapso de material despejado
preservados, e, em áreas mais distais ao centro do círculo que delimita a área C
25
uma cobertura mais arenosa indicadora da feição original (sem transformação) da
região. Todos esses fatores indicam a realização de despejo de material originário
da Baía de Guanabara no local. Considerando-se que a maior parte das áreas
dragadas da Baía de Guanabara são formadas por sedimentos contaminados, este
bota-fora representa um grande impacto ambiental na área. Por ser uma região de
grande importância ambiental, levantamentos periódicos com sidescan sonar
deveriam ser realizados com uma certa freqüência, para monitorar estes depósitos
de bota-fora, para medir o real impacto ambiental na área de estudo.
26
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